JP2007288190A - Structure for generating extreme ultraviolet light from a plasma with high conversion efficiency and minimal contamination generated by an energy beam - Google Patents
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Abstract
【課題】13.5nm付近の波長域のEUV光へのエネルギビーム(4)の効率的な変換を許容し、光学系構成部品および噴射ユニット(13)の高寿命を保証する、エネルギビーム誘導プラズマ(5)によるEUV光の生成の新たな可能性を見出す。
【解決手段】粒子(14)とキャリアガス(15)の混合物を使用する場合に、ターゲット供給装置(1)が一つのガス液化チャンバー(12)を有し、その際、ターゲット材料が、液化キャリアガス(17)中の固形金属粒子(14)の混合物(16)として噴射ユニット(13)に供給されること、および、所定の液滴サイズおよび液滴列(2)を生成するための液滴生成器(131)が備えられ、その際、液滴列(23)を生成するために、前記噴射ユニット(13)に、エネルギビーム(4)のパルス周波数によりトリガされる、周波数に従属して制御可能な手段(132;135、136、137、138;31、32)が接続される。
【選択図】図1An energy beam induced plasma that allows efficient conversion of an energy beam (4) into EUV light in a wavelength region near 13.5 nm and ensures a long life of an optical system component and an injection unit (13). Find new possibilities for EUV light generation by (5).
When a mixture of particles (14) and a carrier gas (15) is used, the target supply device (1) has one gas liquefaction chamber (12), in which the target material is liquefied carrier. Drops to be supplied to the jet unit (13) as a mixture (16) of solid metal particles (14) in a gas (17) and to produce a predetermined drop size and drop row (2) A generator (131) is provided, in which the ejection unit (13) is triggered by the pulse frequency of the energy beam (4) to generate a droplet train (23), depending on the frequency. Controllable means (132; 135, 136, 137, 138; 31, 32) are connected.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、エネルギビームにより生成される変換効率が高いプラズマから極紫外線(EUV)光を生成するための、エネルギのパルスビームがプラズマ生成チャンバー内でターゲットとの相互作用位置に向けられ、またターゲット供給装置が、発光効率の良いターゲット材料の粒子と、少なくとも一つのキャリアガスとの混合物を形成するための混合チャンバー、ならびに、発光効率の良いターゲット材料を、エネルギパルスによって放射線に変換可能な分量だけ供給できるようにするために、それぞれ所定のターゲット体積をプラズマ生成チャンバー内に配量して放出するための噴射ユニットを有している構造に関する。本発明は特に、半導体チップを製造するためのEUVリソグラフィの光源に適用されるものである。 The present invention is directed to generating an extreme ultraviolet (EUV) light from a plasma with high conversion efficiency generated by an energy beam and directed to an interaction position with the target in the plasma generation chamber. A supply device forms a mixture of particles of target material with high luminous efficiency and at least one carrier gas, and an amount capable of converting the target material with high luminous efficiency into radiation by an energy pulse. The present invention relates to a structure having an injection unit for metering and discharging a predetermined target volume into a plasma generation chamber in order to enable supply. The present invention is particularly applicable to a light source for EUV lithography for manufacturing semiconductor chips.
公知である「クリーンな燃料」(例えばキセノン等のターゲット材料)は、その変換効率((レーザ)励起エネルギに対する所望のEUVスペクトル帯域で放射されるエネルギの比)が1%程度にしか過ぎないために、エネルギのパルスビームにより励起されて13.5nm付近のEUVスペクトル帯域で放射されるプラズマに基づきEUV光を生成するためには、十分に効率的なものとはいえない。このクリーンな燃料とは、光源の成分により(特に光学系の)表面に発生する「曇り」が皆無であること、すなわち表面に生成される析出物(汚染)が皆無であることを意味している。13.5nm付近のEUVを生成するためには、金属のターゲット材料(例えば元素周期表の第五周期の第IV族から第VII族までの元素)の方がそれよりも遥かに効率的(例えば錫の変換係数は約3%)ではあるが、これは「曇り」を来たし、すなわちプラズマ励起の際にデブリを発生し、それにより光源の特に光学系構成部品の表面に、何よりも特に析出を来たすほか、そのアプレーションも来たしてしまう。それ以外にも発光プラズマに変換されない未燃ターゲット粒子の高い運動エネルギに起因して生じるアプレーションプロセス(光学系表面の腐食)は、金属のターゲット材料と比べると「クリーンな燃料」(例:キセノン)の方が格段と僅かである。 Known "clean fuels" (for example target materials such as xenon) have a conversion efficiency (ratio of energy emitted in the desired EUV spectral band to (laser) excitation energy) of only about 1%. Furthermore, it is not efficient enough to generate EUV light based on plasma excited by an energy pulse beam and emitted in the EUV spectral band near 13.5 nm. This clean fuel means that there is no “cloudiness” generated on the surface (particularly in the optical system) due to the components of the light source, that is, there is no precipitate (contamination) generated on the surface. Yes. In order to generate EUV near 13.5 nm, metal target materials (for example, elements from Group IV to Group VII in the fifth period of the Periodic Table of Elements) are much more efficient (for example, Although the conversion coefficient of tin is about 3%), it is "cloudy", i.e. it generates debris upon plasma excitation, which causes, among other things, precipitation on the surface of the light source, especially on the optical components. In addition to coming, the application will come. In addition, the application process (corrosion of the optical system surface) caused by the high kinetic energy of the unburned target particles that are not converted into luminescent plasma is a “clean fuel” (eg xenon) compared to metal target materials. ) Is much less.
純錫(Sn)は、13.5nm±2%付近の広帯域スペクトル(半導体リソグラフィのために所望されるスペクトル帯域、いわゆる「帯域内EUV光」)をもたらすが、半導体リソグラフィのために所望されるEUVスペクトル帯域外(いわゆる「帯域外EUV光」)の占める比率も有意なものとなっている。この「帯域外」光の部分は、ソースの光学系およびその他の構成部品の加熱に不要に寄与するために、望ましくない。 Pure tin (Sn) provides a broad spectrum around 13.5 nm ± 2% (the desired spectral band for semiconductor lithography, so-called “in-band EUV light”), but the desired EUV for semiconductor lithography. The ratio of the out-of-spectrum band (so-called “out-of-band EUV light”) is also significant. This “out-of-band” light portion is undesirable because it contributes unnecessarily to heating the source optics and other components.
金属を含有したターゲットを利用するために、従来技術においては、レーザにより生成したスポット状のプラズマ用のドロップレットターゲットとして、金属溶液を室温で使用することが知られるようになっている。これについては特許文献1に、金属溶液として、金属の塩化物、臭化物、硫化物、および窒化物の溶解液、ならびに有機金属溶液など、特に銅化合物および亜鉛化合物が説明されるが、これらは、デブリをほとんど発生しないために、光学系構成部品の周辺に損傷をもたらすことなく適用することができる。もっとも生成される放射線は、EUVリソグラフィの上記要件の主意においてはむしろ「帯域外」光の部分として分類される11.7nmから13nmの範囲に実質的に限られている。特許文献2には、これと同じ事情が、ほかにも錫化合物、特に塩化錫を追加して説明されている。
In order to use a metal-containing target, it is known in the prior art that a metal solution is used at room temperature as a spot target for spot plasma generated by a laser. In this regard,
特許文献3に開示されるように、ドロップレットを(例えば錫の化合物またはナノ粒子の)液体として噴射することにより、変換可能なターゲット材料の量を制限することが可能である。しかしそのための公知であるキャリア液ないしは溶媒は皆、光学系を損傷する成分(炭素:曇り、酸素:酸化)を含有する点が短所となっている。 As disclosed in U.S. Patent No. 6,047,033, it is possible to limit the amount of target material that can be converted by injecting the droplets as a liquid (e.g., tin compound or nanoparticles). However, all known carrier liquids or solvents for this purpose are disadvantageous in that they contain components (carbon: cloudy, oxygen: oxidation) that damage the optical system.
特許文献4には、X線およびEUV光の生成装置が説明されるが、そこでは最小限の(レーザ波長程度の大きさの)ドロップレットのターゲット密度を増大する目的で、原子密度が>108原子/cm3であるミストが発生されるとしている。そこではターゲット密度の改善が、電磁式に切換え可能な弁を、昇温用の加熱手段を備えた膨張通路を介して超音波ノズルに接続することにより、過飽和蒸気を発生して、このターゲットノズルからプラズマ生成工程に脈動式に供給することによって、液体ターゲットを非反応性のガス中に取り込むことにより、もたらされるようになっている。ここでは配量の手順が複雑である点、またターゲットノズルから出た後にターゲット密度が急速に低下する点が短所となっている。
特許文献5および6に説明されるようなキャリアガス中のナノ粒子の気相噴射は、粒子を含有した「ガス雲」がかなり急速に膨張し、その結果、噴射地点から少し距離(1cm程度)をおいただけで、例えばレーザによる効率的な励起のためには密度が小さくなり過ぎるために、濃縮状態は一般に不十分なものとなってしまう。このため励起は噴射口付近で行われなければならず、またエネルギの完全な変換のために不可欠な量への粒子量の制限についても、簡単に実現するのは不可能である。
In the gas phase injection of nanoparticles in a carrier gas as described in
固体ターゲット材料の配量の可能性については、いずれにせよ特許文献7に開示されている。そこにはチャンバ系が備えられ、第1のチャンバにおいてガス中で固形または液状のターゲットクラスタの混合が行われる。そこから第2のチャンバにおいて「集束質量流」が発生され、これが周期的に開口する閉止装置を通り、脈動式の質量流としてプラズマが生成される第3のチャンバに到達することによって、レーザパルス毎に必要量の変換可能なターゲット材料を準備し、それによりプラズマチャンバ内の変換されないターゲット材料の比率を低減するようにしている。第2チャンバにおいて閉止装置によりブロックされたターゲット材料は吸引され、それにより再利用に供されるようになっている。 The possibility of the distribution of the solid target material is disclosed in Patent Document 7 anyway. There is a chamber system in which the solid or liquid target clusters are mixed in the gas in the first chamber. From there a “focused mass flow” is generated in the second chamber, which passes through a periodically opening closure device and reaches the third chamber where the plasma is generated as a pulsating mass flow, whereby the laser pulse Each time a necessary amount of convertible target material is prepared, thereby reducing the proportion of unconverted target material in the plasma chamber. The target material blocked by the closure device in the second chamber is aspirated and thereby made available for reuse.
本発明が解決しようとする課題は、金属ターゲット材料の使用時に、余剰ターゲット材料に起因して発生するデブリにより後に続く光学系構成部品を損傷することなく、13.5nm付近の波長域のEUV光へのエネルギビームの効率的な変換を許容する、エネルギビーム誘導プラズマによるEUV光の生成の新たな可能性を見出すことにある。さらに噴射装置の高寿命を保証するために、ターゲット材料の供給方式により、噴射装置から大きな距離をおいた放射線の生成が実現されるようにする。 The problem to be solved by the present invention is that when a metal target material is used, EUV light in the wavelength region near 13.5 nm without damaging subsequent optical components due to debris generated due to the surplus target material. It is to find new possibilities for the generation of EUV light by an energy beam induced plasma that allows an efficient conversion of the energy beam into. Furthermore, in order to guarantee the long life of the injection device, generation of radiation at a large distance from the injection device is realized by the supply method of the target material.
本発明のさらに拡張した課題は、
(a)約1μmのレーザ光の効率的な吸収に適しており、
(b)スペクトルの発光帯域を13.5nmに狭めるのに寄与し、
(c)金属ターゲットの持分以外に、機能にとり重要なソース構成部品を損傷する成分が一切含有していない、
金属ターゲット材料の噴射方式を見出すことにある。
A further extension of the present invention is
(A) Suitable for efficient absorption of laser light of about 1 μm,
(B) contributing to narrowing the emission band of the spectrum to 13.5 nm,
(C) In addition to the stake in the metal target, it does not contain any components that damage source components important for function,
The object is to find a jetting method of a metal target material.
この課題は本発明により、エネルギビームにより生成される変換効率が高いプラズマから極紫外線を生成するための、エネルギのパルスビームがプラズマ生成チャンバー内でターゲットとの相互作用位置に向けられ、またターゲット供給装置が、発光効率の良いターゲット材料の粒子と、少なくとも一つのキャリアガスとの混合物を形成するための混合チャンバー、ならびに、発光効率の良いターゲット材料を、エネルギパルスによって放射線に変換可能な分量だけ供給できるようにするために、それぞれ所定のターゲット体積をプラズマ生成チャンバー内に配量して放出するための噴射ユニットを有している構造において、ターゲット供給装置が一つのガス液化チャンバーを有すること、またその際にはターゲット材料が、液化キャリアガス中の固形金属粒子の混合物として、噴射ユニットに供給されること、および、噴射ユニットが、所定の液滴サイズおよび液滴列を生成するための、ノズル室とターゲットノズルとを備えた液滴生成器を有すること、またその際には時間制御された液滴の列を生成するために、噴射ユニットに、エネルギビームのパルス周波数によりトリガされる、周波数に従属して制御可能な手段が接続されることにより、解決される。 This object is achieved by the present invention in which a pulsed beam of energy is directed to an interaction position with a target in a plasma generation chamber for generating extreme ultraviolet rays from a plasma having a high conversion efficiency generated by the energy beam, and supplying the target. The device supplies a mixing chamber for forming a mixture of particles of target material with good luminous efficiency and at least one carrier gas, as well as an amount of target material with high luminous efficiency that can be converted into radiation by an energy pulse. In order to be able to do so, the target supply device has one gas liquefaction chamber in a structure having an injection unit for metering and discharging a predetermined target volume into the plasma generation chamber. In that case, the target material is liquefied carrier gas. Droplet generation with a nozzle chamber and a target nozzle to be supplied to the injection unit as a mixture of solid metal particles therein and for the injection unit to generate a predetermined droplet size and row of droplets In order to produce a time-controlled row of droplets, the jetting unit is connected to the jetting unit by means of a frequency-dependent controllable trigger triggered by the pulse frequency of the energy beam. Is solved.
液化チャンバーは、固形粒子がキャリアガスと混合されて液化チャンバーに送られるように、混合チャンバーに後置されると有利であり、液化チャンバーは、この粒子‐ガス混合物を液化するように構成される。 The liquefaction chamber is advantageously placed after the mixing chamber so that the solid particles are mixed with the carrier gas and sent to the liquefaction chamber, the liquefaction chamber being configured to liquefy this particle-gas mixture. .
別の好適な変形例においては、液化チャンバーが混合チャンバーに前置され、そのため液化チャンバーはクリーンなキャリアガスを液化するように、また混合チャンバーは固形粒子をこの液化キャリアガスと混合するように構成される。 In another preferred variant, the liquefaction chamber is placed in front of the mixing chamber, so that the liquefaction chamber is configured to liquefy clean carrier gas and the mixing chamber is configured to mix solid particles with this liquefied carrier gas. Is done.
発光効率の良い固形粒子は、錫、錫化合物、リチウムまたはリチウム化合物から成ると有利である。その際にこの固形粒子は10μm未満、好ましくはナノメートル台のサイズを有することが好ましく、このため以下ではこれを(一般性を制約することなく)ナノ粒子と呼ぶ。 The solid particles having good luminous efficiency are advantageously composed of tin, a tin compound, lithium or a lithium compound. In this case, the solid particles preferably have a size of less than 10 μm, preferably in the nanometer range, and are therefore referred to below as nanoparticles (without constraining generality).
キャリアガスとしては、窒素や希ガスなどの不活性ガスが使用されると有利である。非常に適しているのはアルゴンである。EUVの発光スペクトル帯域幅を13.5nm付近に制限する、すなわち帯域外光を抑制するためには、主成分として選択されるそのようなキャリアガスにさらに追加して軽希ガス(例えばヘリウム、ネオン)が添加されると好適である。 As the carrier gas, it is advantageous to use an inert gas such as nitrogen or a rare gas. Very suitable is argon. In order to limit the emission spectrum bandwidth of EUV to around 13.5 nm, that is, to suppress out-of-band light, in addition to such a carrier gas selected as the main component, a light noble gas (eg, helium, neon) ) Is preferably added.
噴射ユニットから噴き出される個別ターゲット(液滴)の直径は、0.01mmから0.5mmの間であると有利である。
余剰ターゲット材料による汚染を低減するためには、噴射ユニットのターゲットノズルに、個別ターゲットを取り除くための手段が後置されると非常に有用であり、それにより個別ターゲットが相互作用位置に到達する振動数周期がエネルギビームのパルス周波数と正確に一致することが判明している。
The diameter of the individual targets (droplets) ejected from the ejection unit is advantageously between 0.01 mm and 0.5 mm.
In order to reduce contamination by surplus target material, it is very useful if the target nozzle of the injection unit is followed by means for removing the individual target, so that the vibration of the individual target reaching the interaction position It has been found that several periods exactly match the pulse frequency of the energy beam.
そのために有利な第1の変形例においては、噴射ユニットのターゲットノズルに、ターゲットノズルから放出される液滴列から不要な個別ターゲットを選択により脇へ偏向するための、電気式または磁気式の偏向手段が後置されている。 In a first variant that is advantageous for this purpose, an electric or magnetic deflection is used to selectively deflect unwanted individual targets to the target nozzle of the ejection unit from the droplet stream emitted from the target nozzle. Means are postponed.
個別ターゲットを除去するための第2の実施例においては、噴射ユニットのターゲットノズルの下流側に、ターゲットノズルから供給される液滴列から個別ターゲットを所定の形式で遮蔽したり通過させたりするための機械式閉止手段(例えば機械式フラップ、チョッパホイール)が備えられるようになっている。 In the second embodiment for removing the individual target, the individual target is shielded or passed in a predetermined form from the droplet row supplied from the target nozzle downstream of the target nozzle of the ejection unit. These mechanical closing means (for example, mechanical flaps, chopper wheels) are provided.
第3の変形例は、噴射ユニットの内部に、液滴を一つ一つ噴き出すためにノズル室の圧力を必要に応じて短時間上昇できるようにするための、ノズル室に隣接して配置される圧力変調器を有するターゲット生成器、ならびに、プラズマ生成チャンバーよりも高い、混合チャンバーにおけるガス供給のガス圧に適合化された圧力を維持するようになっている、ターゲットノズルに前置されるノズル前室を有している。ターゲットノズルを取り囲むノズル前室内の圧力がこのように適合化されることによって、圧力変調器により脈圧が発生されない限り、ターゲットノズルからのターゲット材料の望ましくない滴下が防止される。ノズル前室内の適切な圧力適合化のために、混合チャンバーにおけるガス供給圧は、ノズル前室内よりも若干高め(0.5〜1bar程度高圧)に調整されると好ましい。 The third modified example is arranged adjacent to the nozzle chamber so that the pressure in the nozzle chamber can be increased for a short time as needed in order to eject droplets one by one inside the ejection unit. A target generator with a pressure modulator and a nozzle in front of the target nozzle adapted to maintain a pressure adapted to the gas pressure of the gas supply in the mixing chamber higher than the plasma generation chamber Has an anterior chamber. This adaptation of the pressure in the nozzle chamber surrounding the target nozzle prevents unwanted dripping of the target material from the target nozzle, unless a pressure modulator generates pulse pressure. In order to appropriately adjust the pressure in the nozzle front chamber, the gas supply pressure in the mixing chamber is preferably adjusted to be slightly higher (high pressure of about 0.5 to 1 bar) than that in the nozzle front chamber.
液状の粒子‐ガス混合物を調製するためには、リザーバ内に十分量の粒子を用意して、プラズマ生成チャンバー内への連続噴射のために切換え可能であるようにターゲット生成器に直列に接続される、複数の平行に配置される混合チャンバーに粒子が送られるようしても好適である。 To prepare a liquid particle-gas mixture, a sufficient amount of particles are prepared in the reservoir and connected in series to the target generator so that it can be switched for continuous injection into the plasma generation chamber. It is also preferable that the particles are sent to a plurality of mixing chambers arranged in parallel.
さらに別の有利な変形例においては、一つの混合チャンバー内に粒子がキャリアガスと混合された状態で存在しており、またこの混合チャンバーには、さらにもう一つのキャリアガス供給管との管路接続点が後置されており、その際にこの接続点に取り廻される供給管の少なくとも一方が流量調整器を有しており、この流量調整器が、ガス流中の粒子の分量を算出するようになっている、接続点に後置される測定装置により制御されることによって、混合されたキャリアガスとクリーンなキャリアガスが所望の混合比に調整されるようにしている。そこでは混合比を制御するためのこの測定装置が、散乱光を測定する光学ユニットであることが好ましい。 In a further advantageous variant, the particles are present in one mixing chamber in a mixed state with a carrier gas, and this mixing chamber has a conduit with another carrier gas supply pipe. A connection point is provided downstream, at which time at least one of the supply pipes routed to this connection point has a flow regulator, which calculates the amount of particles in the gas stream. The mixed carrier gas and the clean carrier gas are adjusted to a desired mixing ratio by being controlled by a measuring device placed behind the connection point. In this case, the measuring device for controlling the mixing ratio is preferably an optical unit for measuring scattered light.
プラズマ励起に必要なエネルギのパルスビームは、少なくとも一つのレーザ光、電子ビーム、またはイオンビームから成るとよい。
本発明の基本的な考え方は、金属のターゲット材料、特に錫を、エネルギのパルスビームを用いて励起する場合は、照射される励起エネルギが、所望される13.5nm付近の放射帯域に非常に効率的に変換される(変換効率は従来使用されているキセノンの3倍)という考察に基づくものである。もっとも金属については、これをEUVリソグラフィ用の光源に導入できるのは、汚染から十二分に免れることを保証できる場合に限られているが、これは、周知であるように発光するターゲット材料を放射線の生成に不可欠な量に制限することにより、達成することができる。
The pulse beam of energy necessary for plasma excitation may be composed of at least one laser beam, electron beam, or ion beam.
The basic idea of the present invention is that when a metallic target material, especially tin, is excited using a pulsed beam of energy, the irradiated excitation energy is very high in the desired emission band around 13.5 nm. It is based on the consideration that it is efficiently converted (conversion efficiency is three times that of xenon that is conventionally used). For metals, however, it can only be introduced into a light source for EUV lithography if it can be guaranteed that it is sufficiently immune from contamination. This can be achieved by limiting the amount that is essential for the generation of radiation.
本発明は、この問題を、固形金属粒子(粒径<10μmの「ナノ粒子」)と不活性キャリアガスとの混合物の形成を、ガス液化、およびプラズマ生成チャンバー内への配量された液滴の噴射と組み合わせることにより解決する。 The present invention addresses this problem by forming a mixture of solid metal particles (“nanoparticles” of particle size <10 μm) and an inert carrier gas, gas liquefaction, and dispensed droplets into a plasma generation chamber. It solves by combining with the injection of.
固形金属粒子とキャリアガスから成る液状混合物を、液滴生成器の形状をとる噴射装置を利用してプラズマ生成チャンバー内に供給することにより、(バッファガスに対し)ターゲット密度の本質的な増大、およびターゲットのエネルギビームとの相互作用位置の噴射地点からの距離の大幅な拡大が可能となり、それにより一方では放射量(変換効率)が、他方では汚染(デブリによる噴射ノズルの損傷)が格段と低減されるようになる。 A substantial increase in target density (relative to the buffer gas) by supplying a liquid mixture of solid metal particles and carrier gas into the plasma generation chamber using a jet device in the form of a droplet generator; And the distance of the target energy beam interaction position from the injection point can be greatly increased, so that radiation (conversion efficiency) on the one hand and contamination (injection nozzle damage due to debris) on the other hand are markedly increased. Will be reduced.
それ自体は光学系を損傷する成分を一切含有していない希ガスまたは窒素をキャリア媒質として使用することにより、上述のように生成される液状ターゲット材料から新たな汚染が発生することも皆無である。発光体としては、Snナノ粒子が使用されることが好ましく、メインのキャリアガスに軽キャリアガス(ヘリウムおよび/またはネオン)を添加することにより、半導体リソグラフィにとり望ましくないEUV帯域外のスペクトル帯域が十二分に抑制されるようになる。 By using a rare gas or nitrogen that does not contain any component that itself damages the optical system as a carrier medium, no new contamination is generated from the liquid target material produced as described above. . As the light emitter, Sn nanoparticles are preferably used. By adding a light carrier gas (helium and / or neon) to the main carrier gas, a spectrum band outside the EUV band which is undesirable for semiconductor lithography can be sufficiently increased. Suppressed in half.
粒子の添加には、液化希ガスまたは液化窒素を直接使用することもできる。
本発明にしたがった解決策により、13.5nm付近の波長域のEUV光へのエネルギビームの効率的な変換を許容する、エネルギビーム誘導プラズマによるEUV光の生成が可能となり、またその際には余剰ターゲット材料により、後に続く光学系構成部品がさらに損傷されることはない。ほかにも噴射装置からのプラズマの距離を大きくとることができることにより、噴射装置の高寿命化および放射線生成の高安定化が保証されるようになる。
A liquefied noble gas or liquefied nitrogen can also be used directly for the addition of particles.
The solution according to the invention makes it possible to generate EUV light by means of an energy beam induced plasma, which allows efficient conversion of the energy beam into EUV light in the wavelength region around 13.5 nm. Excess target material does not further damage subsequent optical components. In addition, since the distance of the plasma from the injection device can be increased, the life of the injection device and the stabilization of radiation generation can be ensured.
次に本発明を実施例に基づき詳しく説明する。
EUV光源は、ターゲット供給装置1を有しており、ターゲット供給装置1は、その基本構造において―図1に概略的に示されるように―混合チャンバー11、液化チャンバー12、および噴射ユニット13を含んでいる。そこでは噴射ユニット13に、液滴生成器131、圧力変調器132、ターゲットノズル133、およびノズル室134が含まれている。
Next, the present invention will be described in detail based on examples.
The EUV light source has a
混合チャンバー11では、EUVスペクトル域(13.5nm付近)で発光効率の良い金属または金属化合物、例えば錫またはリチウム(またはほかにも好ましくはその酸化物であるSnO、SnO2、LiO、LiO2)などから成る固形粒子14と、クリーンな(すなわち発光粒子のない)キャリアガス15、例えば希ガスや窒素などが一緒にされて混合される。そこから生じる粒子を含有した混合物16は液化チャンバー12に送られ、そこでは低温(T<173K)、圧力>1barで液化が行われる。高いEUV生成効率(≒3%)を達成するためには、Sn粒子(個々の粒子サイズは最大で10μm)が添加されることが好ましい。しかし別の元素(例:リチウム)または化合物(好ましくは錫化合物またはリチウム化合物)を添加することも可能である。
In the mixing
気相キャリアガス15への粒子14の添加は、―図1に概略的に示されるように―粒子14とキャリアガス15が混合チャンバー11内で一緒にされるように構成される。粒子技術から、用意されているばら積み状態の粒子をばらし、これを配量してガス粒中に装入するための方法が幾つか知られている。可能性の一つとして、特殊な回転ブラシによりばら積み状態の粒子から粒子を一つずつ剥ぎ取って、ブラシをなでつけるキャリアガス流に引き渡す方法がある。しかし粒子14は、一つの混合チャンバー11内に十分な量で存在するようにしてもよく、その場合はEUVソースの連続運転のために、並列に接続される複数の混合チャンバー11間での切換えが行われる。固形粒子14は、後ほど図5に関する実施例について詳しく説明されるように、既に存在している液化ガス17中に添加することも可能である。
The addition of the
粒子を含有した液化ガス17は、噴射ユニット13に供給されて、ノズル室134内に導入される。圧力変調器132(例:ピエゾアクチュエータ)の助けを借りて、ターゲットノズル133を通り、液化ガス17の自然滴下の振動数周期に共応して、安定した連続液滴列2がターゲット軸21に沿ってプラズマ生成チャンバー3内に放出される。ターゲット軸21には、所望の相互作用位置41にエネルギビーム4が向けられ、その連続するパルスにより、個別ターゲット23(液滴)が一つずつ、これが相互作用位置41を通過する際に、EUV発光プラズマ5に励起される。
The liquefied
ターゲット供給装置1は、噴射ユニット13のケースによりプラズマ生成チャンバー3内に組み込まれており、その際に噴射ユニット13のターゲットノズル133を取り囲んでいるケースが、ノズル前室135を構成することによって、真空引きされたプラズマ生成チャンバー3に対して一段と高い圧力が設定され、それにより液化ガスの流出および液滴の生成が安定化されるようにしている。
The
ターゲット供給装置1は、どこか別の位置のところで、例えば液化チャンバー12と噴射ユニット13の間、または混合チャンバー11と液化チャンバー12の間の供給管のところで、プラズマ生成チャンバー3内に挿入されるようにしてもよい。
The
図1においては、(一般性を制約することなく)まず数珠つなぎになった液滴ジェット22が発生され、これがターゲットノズル133から出た直後に、個別ターゲット(液滴)23から成る安定した連続する列に移行することによって、個別ターゲット23の液滴列2が自然滴下の振動数周期に共応して生成されるようになっている。この場合は通常(図1に概略的に示されるように)エネルギのそれぞれのパルスビーム4が全ての個別ターゲット23に当たるとは限らない。しかし、利用されずに相互作用位置を通過して飛来した、ターゲット軸21の末端の、真空ポンプ(図示せず)に連結された回収容器の中の液滴23は、ほぼ無傷状態で、これを吸い出すことができる。
In FIG. 1, a
粒子を含有した液化ガス17の噴射は、所望のサイズの液滴23が形成されるように行われ、液滴23は通例、相互作用位置41に達したときには、液化ガス17のプラズマ生成チャンバー3の真空中への噴射時に、すなわち(高圧の)ノズル前室135から出た後に断熱膨張されてその際に凍結するために、固化した小球となっている。
The jetting of the liquefied
液滴23のサイズは、励起エネルギのパルスビーム4の前以て定められたエネルギにより放射プラズマ5に最適励起される混合物の量により定義される。その際に液化ガス17中の固形粒子14の分量は、EUV生成効率およびスペクトル幅が最適化されるように調整される。それによりここで想定されるSn粒子14については、量制限が達成される、すなわちプラズマ生成チャンバー3内のSn量が、放射線の生成に必要な量に制限されるために、不十分な励起の結果デブリとして光源の構成部品を損傷しかねない、金属の余剰ターゲット材料が、プラズマ生成チャンバー3内に一切残らないようになる。
The size of the
キャリアガス15(N2または希ガス)は、光学系を損傷する可能性があるとしたら、それはせいぜいその粒子の運動エネルギによるものである。そのようなスパッタリングプロセスは、簡単に抑止することが可能であり、キセノンに基づくEUVソースについては、例えばプラズマ5と集光光学系との間にスパッタリングを阻止するガス(例:アルゴンの直交流)を吹き込むことにより抑止することが知られている。いずれにせよキャリアガス15自体は、炭素(C)や酸素(O2)などの光学系を損傷する成分を一切含有していない。
If the carrier gas 15 (N 2 or noble gas) can damage the optical system, it is at best due to the kinetic energy of the particles. Such a sputtering process can be easily suppressed, and for xenon-based EUV sources, for example, a gas that prevents sputtering between the
粒子を含有した液体状の混合物16を噴射することにより、ターゲットノズル133、生成されたEUV光を集束するための集光光学系(図示せず)など、システムの全ての重要構成部品からの、放射線生成地点(プラズマ5)の非常に大きい距離を達成することができる。距離が大きいことにより、これらの構成部品の高寿命化がもたらされる。特にターゲットノズル133についても、プラズマ5からの熱放射および粒子放射による損傷(腐食)が大幅に低減されるために、相互作用位置41においてより長い運転時間にわたるターゲットの安定した供給を達成することができる。
By injecting a
金属の「燃料」(固形ターゲット)には曇りをもたらす性質があるために、その量は放射線の生成に必要な量に制限されなければならない。13.5nmに強いスペクトル線を有する錫(Sn)を使用した場合は、一回の励起につき約1Jの励起エネルギで、直径0.5mmのEUVソースサイズに対して、約5・1014個のSnイオン(直径約30μmのイオン体積に相当)が必要である。ソースサイズは、EUVリソグラフィで要求されるエタンジュー(発光面積と拡がり立体角の積)から導出される。励起前の小さなSn体積の、必要な発光ソースサイズへのサイズ適合化は、エネルギのプリパルスビーム4による膨張によって実現されると有意である。それに不可欠なエネルギは10mJであり、高エネルギパルスの照射の約100ns前に行われる。
Because metal “fuel” (solid target) has the property of causing haze, its amount must be limited to that required to produce radiation. When using tin (Sn) having a strong spectral line at 13.5 nm, about 5 · 10 14 for an EUV source size of 0.5 mm in diameter with an excitation energy of about 1 J per excitation. Sn ions (corresponding to an ion volume of about 30 μm in diameter) are required. The source size is derived from the etendue (product of light emission area and spread solid angle) required in EUV lithography. The size adaptation of the small Sn volume before excitation to the required emission source size is significant when realized by the expansion of the
振動数周期が約10kHzである場合、上記のパラメータを有するソースの、集光光学系の後方の帯域内EUV(13.5nm±2%)出力は、約100Wに達することになる。このケースではSnの一日当たり消費量が、Sn量が放射線の生成に不可欠な量に制限される場合は、約85gとなる。 When the frequency period is about 10 kHz, the in-band EUV (13.5 nm ± 2%) output of the source having the above parameters behind the focusing optical system reaches about 100 W. In this case, the daily consumption amount of Sn is about 85 g when the Sn amount is limited to the amount indispensable for the generation of radiation.
イオン密度(および電子密度)は、EUVの最適発光だけから、均質な体積に関して求められる。波長1μmのレーザ光を効率的に吸収するためには、この電子密度では低過ぎる。このためキャリアガス15は、ほぼ100%のレーザ吸収率を達成するために、ほかにもさらに電子ドナーとして機能するようになっている。窒素(N2)およびアルゴン(Ar)については、化学量論比のキャリアガスである場合は、それが約2/3以上保証される。この化学量論比とは、観察対象である元素の体積に占める(粒子中に結合された)ターゲット材料およびキャリアガスの原子数ないしは分子数の比率を意味するものである。
The ion density (and electron density) is determined for a homogeneous volume from only the optimal emission of EUV. This electron density is too low to efficiently absorb laser light having a wavelength of 1 μm. Therefore, the
それに追加して軽希ガス(He、Ne)が添加されることにより、錫の放射線の放射スペクトル帯域幅は13.5nmに縮小される。そうではない純錫の場合は、要求される±2%を大きく超えてしまう(J. Opt. Soc. Am. B17 (2000) 1616, Choi他著)。それ以外にも、所望されるEUVスペクトル外の放射線の比率も同様に大幅に低減されるようになる。 In addition, by adding light noble gases (He, Ne), the emission spectral bandwidth of tin radiation is reduced to 13.5 nm. In the case of the pure tin which is not so, it greatly exceeds the required ± 2% (J. Opt. Soc. Am. B17 (2000) 1616, Choi et al.). Besides that, the proportion of radiation outside the desired EUV spectrum will also be significantly reduced.
放射線の生成のために不可欠な量への「燃料」(固形粒子14)の真正な量制限が達成されるのは、ターゲット体積を準備する振動数周期がエネルギパルスの照射周波数(10kHz台)と正確に一致する場合だけに、すなわち毎回の放射線の生成の都度、相互作用位置41に正確に一回分のターゲット体積が供給される場合だけに限られている。図1に示される、高振動数(類型的には100kHz)の粒子を含有した液滴列2を、圧力変調器132により自然滴下の振動数周期を安定化しながら生成するようになっている変形例に対し、次の三つの実施例においては、生成された高密過ぎる液滴列2から(様々な対策により)単一体積が取り除かれることによって、結果として相互作用位置41(プラズマ5)における体積の振動数周期をエネルギのパルス周波数と一致させるようにしている。
The true amount limitation of “fuel” (solid particles 14) to the amount essential for the generation of radiation is achieved because the frequency period to prepare the target volume depends on the energy pulse irradiation frequency (on the order of 10 kHz). It is limited only when there is an exact match, that is, only when exactly one target volume is supplied to the
図2には、EUVソースのそのような構成例が示されているが、そこでは―一般性を制約することなく―エネルギビーム4がレーザ光42であると仮定されるべきである。
ターゲット供給装置1は、液滴23の高密な列を「間引き」して、レーザ光42との相互作用位置41における液滴23の振動数周期をレーザのパルス列の振動数周期に正確に適合化させるために、噴射ユニット13に、ノズル前室135の出口の下流側で電気式偏向装置136および吸引装置137が接続されることにより、図1に対して補足されている。余剰液滴23は、吸引装置137により吸引されて、再び液化チャンバー12に供給される。それにより図1の実施例とは異なり、余剰液滴23が、プラズマ5の至近で部分的に気化されかねない、または一般にはプラズマ生成チャンバー3内のガス負荷の増大に寄与しかねないことを回避している。
FIG. 2 shows an example of such a configuration of an EUV source, where the
The
第2の変形例(図3に示される)においては、粒子を含有した液滴23が、レーザ光42のパルス周波数に既に正確に一致させて生成されるようになっている。図3には、そのために変形された液滴選択方式が示されており、そこではノズル前室135に、混合チャンバー11に供給されるガス圧ρcarrier gasとほぼ等しい圧力ρantechamberを準備するようになっている圧力補償部138が接続されている。それにより液滴23は、圧力変調器132によりレーザ光52のパルス周波数と正確に同じ周期でトリガされることになり、その結果、噴射装置13からは、それぞれのパルスレーザ光42が全ての液滴23に当たるような数だけの液滴23が噴き出されるようになっている。
In the second modification (shown in FIG. 3), the
これは、噴射ユニット13のターゲットノズル133に後置されるノズル前室135が、混合チャンバー11へのガス供給圧力圧ρcarrier gasに適合化された圧力補償部138に接続されることにより高信頼度で実現され、その結果、圧力変調器132によるノズル室134内の短時間の昇圧なくしては、液状のターゲット材料から液滴23が不意に滴下してプラズマ生成チャンバー3内に入り込むことがないようにしている。例えばノズル室134に取り付けられたピエゾアクチュエータであるとよいこの圧力変調器132は、エネルギのパルス周波数と同じ周期を持つ脈圧を発生する、すなわち、必要に応じて(トリガされるパルスレーザ光42に対応して)個別ターゲット23だけを準備するようになっている。
This is because the nozzle
図4には、図3に示されるものと同じ効果を有している、それぞれのパルスレーザ光42に対して個別ターゲット23が正確に一つずつ割り当てられる液滴選択方式が示されている。しかしこの実施例においては、n個目の液滴23だけをプラズマ生成チャンバー3内に通過させるようにするために、回転式穴あき遮蔽板32の形状をとる機械式手段が備えられている。この回転式穴あき遮蔽板32は同時に、プラズマ生成チャンバー3から一つの前室31を仕切るケース壁面の部材となっており、そこではこの前室31に(上述の各実施例のノズル前室135と同様に)高圧ρoantechamberが設定されるようになっている。したがってこの実施例においては、噴射ユニット13の別体のノズル前室135を廃止することができる。
FIG. 4 shows a droplet selection method that has the same effect as that shown in FIG. 3 and that the
図4には、この回転式穴あき遮蔽板32に一つおきに捕捉されて、そこで昇華または気化して別体のポンプユニット(図示せず)により前室31から吸い出される液滴23が様式化して示されている。現実の状況下では、これを通過してレーザ光42との相互作用位置に達する液滴23は、大体九つおきとなる。
In FIG. 4, the
上記で既に言及したように、事前に既に液化されたキャリアガス15に固形粒子14が添加されるようにしても有意である。図5にはそのような構造が示されている。この実施例においては、それまでの実施例とは異なり、混合チャンバー11と液化チャンバー12が位置を入れ替えて配置されている。それに加えてさらに、キャリアガスの供給は液化チャンバー12内へ行われるようになっており、そこで調製された液化ガス17は混合チャンバー11に導入されて、固形粒子14と混合されるようになっている。その他の構成については、図1に示されるものと同じであるが、図2から4の実施例に準じて実現することも可能である。
As already mentioned above, it is significant that the
図6には、本発明の好ましい変形例が示されている。そこでは、発光効率の良い固形粒子14が、リザーバとして機能する混合チャンバー11内に、既にキャリアガス15と混合された状態で存在することが想定されている。用意されているばら積み状態の粒子(図示せず)から粒子14をばらし、これを配量してガス流中に装入するために、ばら積み状態の粒子から回転ブラシにより粒子14が一つ一つ剥ぎ取られて、そこをなでつけるキャリアガス15の流れに引き渡されるようになっている。このガスの流れのその後の流れの過程においては、キャリアガスが導かれる管路を適切に構成することにより、粒子の分離が回避されるようにしている。
FIG. 6 shows a preferred modification of the present invention. In this case, it is assumed that the
その場合は、この混合チャンバー11から噴射ユニット13に向かって延びる管路が、接続点(+)においてさらにもう一つのキャリアガス管路と、この接続点(+)の上流側のそれぞれのガス流を流量調整器18により互いに対してフィードバック制御可能であるように、結合されている。
In that case, the pipe line extending from the mixing
制御量を算出するために、接続点(+)に後置される測定装置19が利用され、測定装置19は、例えば散乱光の測定を通じて実混合比を測定して、クリーンなキャリアガス15と粒子を含有した混合物16の供給量を相対的に調整するための制御変数を送出するようになっている。このキャリアガスの追加添加により、キャリアガス15の単位体積当たりの固形粒子14の分量が非常に正確に調整され、このためそこから生成される液化ガスの液滴23当たり有効ターゲット量(粒子14)の高精度な配量が可能となる。
In order to calculate the control amount, a measuring
図6には、接続点(+)に取り廻されるクリーンなキャリアガス15と粒子を含有した混合物16の供給管がいずれも、流量調整器18を有することが示されるにもかかわらず、供給管のいずれか一方、好ましくはキャリアガス供給管に、一つの流量調整器18が備えられるようにしても十分であるかもしれない。ほかにも、図6においては液化チャンバー12の上流側の圧力調整に直接影響を与えるようになっている測定装置19を、ノズル前室135内の圧力ρantechamberの圧力適合化制御のためにも使用することができる。したがってその場合は、図4の実施例にしたがって、必要時に限り(ドロップオンデマンド方式)、すなわちレーザ光42のパルス振動数周期と一致して、液滴23が準備されるようにする、適切な圧力適合化制御が可能となる。
FIG. 6 shows that the supply pipe of
1 ターゲット供給装置
11 混合チャンバー
12 液化チャンバー
13 噴射ユニット
131 液滴生成器
132 圧力変調器
133 ターゲットノズル
134 ノズル室
135 ノズル前室
136 偏向装置
137 吸引装置
138 圧力補償部
14 (固形)粒子
15 キャリアガス
16 粒子を含有した混合物
17 液化ガス
18 流量調整器
19 測定装置
2 液滴列
21 ターゲット軸
22 ターゲット噴流(ジェット)
23 個別ターゲット(液滴)
3 プラズマ生成チャンバー
31 (プラズマ生成チャンバーの)前室
32 (回転式)穴あき遮蔽板
4 エネルギビーム
41 相互作用位置
42 レーザ光
5 プラズマ
ρ 圧力
DESCRIPTION OF
23 Individual targets (droplets)
3 Plasma generation chamber 31 (Plasma generation chamber) front chamber 32 (rotary) perforated shielding
Claims (21)
‐前記ターゲット供給装置(1)が一つのガス液化チャンバー(12)を有し、その際、前記ターゲット材料が、液化キャリアガス(15)中の固形金属粒子(14)の混合物(16)として、前記噴射ユニット(13)に供給されること、および、
‐前記噴射ユニット(13)が、所定の液滴サイズおよび液滴列(2)を生成するための、ノズル室(134)とターゲットノズル(133)とを備えた液滴生成器(131)を有し、その際、時間制御された液滴(23)の列(2)を生成するために、前記噴射ユニット(13)に、エネルギビーム(4)のパルス周波数によりトリガされる、周波数に従属して制御可能な手段(132、135、136、137、138;31、32)が接続されること
を特徴とする、構造。 A structure for generating extreme ultraviolet rays from a plasma with high conversion efficiency generated by an energy beam, an energy pulse beam is directed to an interaction position with a target in the plasma generation chamber, and the target supply device emits light A mixing chamber for forming a mixture of particles of efficient target material and at least one carrier gas, and a target material with high luminous efficiency supplied to the interaction position in an amount that can be converted into radiation by an energy pulse. In order to be able to do so, in a structure having an injection unit for metering and discharging a predetermined target volume into the plasma generation chamber,
The target supply device (1) has one gas liquefaction chamber (12), wherein the target material is a mixture (16) of solid metal particles (14) in a liquefied carrier gas (15), Being supplied to the injection unit (13); and
A droplet generator (131) comprising a nozzle chamber (134) and a target nozzle (133) for generating a predetermined droplet size and droplet row (2); In order to produce a time-controlled row (2) of droplets (23), the ejection unit (13) has a frequency-dependent trigger triggered by the pulse frequency of the energy beam (4). A structure, characterized in that controllable means (132, 135, 136, 137, 138; 31, 32) are connected.
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